Классификация фильтров для вентиляции и на какие классы они подразделяются

Большинство людей, а под этим мы понимаем конечных пользователей, не знают, как оценить качество воздушного фильтра. Тогда как можно быть уверенным в том, что приобретённый или планируемый к покупке продукт действительно выполняет свою функцию?

Вам необходима стандартизированная гарантия того, что фильтр обеспечит запланированное качество воздуха. Именно поэтому воздушные фильтры классифицируют согласно нескольким стандартам:

• ISO 16890* (официально EN779:2012 для ЕС и ASHRAE 52.2 для США) для грубых и тонких фильтров.
• EN1822:2019 для высокоэффективных воздушных фильтров (EPA, HEPA и ULPA).

*Стандарт ISO 16890 был введен в конце 2016 года.

1. Описание классификации воздушных фильтров 

Воздушные фильтры играют важную обеспечивающую роль чистоты воздуха в различных сферах — от систем, кондиционирования, вентиляции, фармацевтики и микроэлектроники. От правильности выбора фильтра зависит качество воздуха, энергопотребление систем и здоровье людей, а также сохранность технологического процесса.

Международные стандарты классификации помогают специалистам делать обоснованный выбор, исходя из конкретных требований. За последние годы эти стандарты развивались, учитывая технический прогресс и понимание влияния качества воздуха.

В статье рассматриваются основные международные системы классификации воздушных фильтров, их соответствие, технические характеристики и рекомендации по применению.

2. Международные стандарты классификации

Чтобы обеспечить качество услуги или продукта, в большинстве предприятий внедрены стандарты ISO. Стандарт ISO означает, что услуга или продукт соответствует общим требованиям по безопасности, долговечности и эффективности.

2.1. Стандарт ISO 16890 

Классификация воздушных фильтров по минимальной эффективности в настоящее время осуществляется в соответствии со стандартом ISO 16890. Это означает, что фильтры OZONAIR проходят тестирование на частицах размером от 0,3 до 10 микрон. Стандарт заменил устаревший EN779, который проверял только частицы до 0,4 мкм. Благодаря стандарту ISO 16890 мы можем предоставить информацию о том, какие конкретные фильтры обеспечивают защиту от твердых частиц.

Как проходят испытания фильтров?

Чтобы определить, что именно фильтр задерживает и что пропускает, устанавливаем его в испытательную установку. В этой установке измеряем эффективность (Ei) фильтра с помощью стандартизированного тестового вещества.
Затем фильтр помещают на 24 часа в специальный шкаф, где распыляется IPA (изопропиловый спирт). Таким образом устраняем влияние электростатического заряда. После этого фильтр снова устанавливаем в испытательную установку и повторно измеряют эффективность (ED,i).

Измерения эффективности происходят по следующим размерам частиц:

• ePM1 — 0,3–1 мкм
• ePM2,5 — 0,3–2,5 мкм
• ePM10 — 0,3–10 мкм

Средняя эффективность вычисляется по формуле: EA,i = 0,5 • (Ei + ED,i)

Классификация по стандарту ISO 16890

Фильтры делятся на четыре группы:

Стандарт ISO 16890 делит воздушные фильтры на 4 группы. Чтобы попасть в определённую группу, фильтр должен задерживать как минимум 50% частиц соответствующего размера. Если фильтр задерживает более 50% частиц PM1, он считается фильтром ISO ePM1. Если фильтр задерживает менее 50% частиц PM10, он относится к группе ISO Coarse.

1. ISO ePM1 — ≥ 50% по частицам 0,3-1 мкм
2. ISO ePM2,5 — ≥ 50% по частицам 0,3-2,5 мкм
3. ISO ePM10 — ≥ 50% по частицам 0,3-10 мкм
4. ISO Coarse — менее 50% эффективности по PM10

Эффективность указывается в процентах (от 50% до 99%). Например, ISO ePM1 70% задерживает 70% частиц 0,3-1 мкм. Эта классификация соответствует экологическим стандартам по загрязнению PM.

Как выбрать подходящий фильтр?

Eurovent разработал руководство по выбору воздушных фильтров на основе стандарта ISO 16890; Директива 4/23-2022.
Ниже приведена таблица, показывающая, как различные классы фильтров соотносятся с качеством наружного воздуха и желаемым классом очищенного воздуха в помещении.

При выборе важно учитывать:

1. Требуемый класс чистоты воздуха
2. Характеристики и количество загрязняющих веществ
3. Коэффициент эффективности
4. Срок эксплуатации и стоимость обслуживания
5. Особые параметры внешней среды (химстойкость, огнестойкость, влагостойкость и т.д.)

Использование ступеней предварительной и основной очистки помогает снизить затраты и повысить эффективность.

Качество наружного воздуха в мире

Синдром больного здания — источник проблем

Люди в западных странах проводят около 70% времени в помещении. Множество проблем со здоровьем можно связать с «условиями внутри помещений». Качество воздуха на рабочем месте иногда также оставляет желать лучшего. Это может привести к синдрому больного здания (СБЗ). Почти три четверти случаев СБЗ связаны с пылевыми частицами, присутствующими в помещении.
Общие симптомы СБЗ включают слабость, проблемы с концентрацией и дыханием, головные боли, сонливость, раздражение кожи и глаз, а также усталость. Надежная фильтрация воздуха — относительно простое средство борьбы с СБЗ и защиты людей от его вредных последствий.

Ассортимент продукции OZONAIR позволяет нам гарантировать качество воздуха и предложить подходящее решение для здорового внутреннего климата в любых условиях. Эти системы широко используются в деловых помещениях, отелях и конференц-центрах.

Хотя в теории работа фильтра кажется очень простой, на самом деле фильтры — это очень сложные изделия. Волокна фильтра должны пропускать достаточное количество воздуха — не создавая при этом слишком сильного сопротивления — и одновременно задерживать вредные частицы. Именно в этом заключается сила хороших фильтров.

2.2. Стандарт EN 779:2012 

Этот стандарт, хотя и заменяется ISO 16890, всё ещё широко используется. Он делит фильтры на три группы:

1. Грубые (G1-G4) — по гравиметрической эффективности
2. Средние (M5-M6) — по эффективности удаления частиц 0,4 мкм
3. Тонкие (F7-F9) — по эффективности для частиц 0,4 мкм

Соответствие с ISO примерно таково: 

• G1-G4 ≈ ISO Coarse 
• M5-M6 ≈ ISO ePM10
• F7 ≈ ISO ePM2,5
• F8-F9 ≈ ISO ePM1

Точность соответствия стандартов всегда зависит от способа проведения тестирования

2.3. Стандарт EN 1822 

Фильтры EPA, HEPA и ULPA классифицируются в Европе согласно стандарту EN1822. Этот стандарт стал первым, который установил систему классификации высокоэффективных воздушных фильтров, основанную на теории процесса фильтрации.

Стандарт EN1822 определяет 3 класса:

• Группа E: EPA-фильтры (эффективные воздушные фильтры)
• Группа H: HEPA-фильтры (высокоэффективные воздушные фильтры)
• Группа U: ULPA-фильтры (воздушные фильтры с очень низким проникновением)

Высокоэффективные воздушные фильтры — это фильтры, задерживающие как минимум 85% частиц наиболее проникающего размера (MPPS). На практике это частицы диаметром от 0,1 до 0,3 мкм.

Классификация показывает, какой процент частиц MPPS задерживается. Этот показатель варьируется от более 85% (класс E10) до более 99,999995% (класс U17).

Они используются в помещениях с очень высокими требованиями к качеству воздуха. Примеры включают чистые комнаты, аэрокосмическую промышленность, фармацевтическую отрасль, операционные залы, карантинные отделения и больницы. Использование высокоэффективных воздушных фильтров также обязательно для удаления асбеста.

3. HEPA и ULPA фильтры 

3.1. HEPA-фильтры 

Обеспечивают эффективность 99,95% (H13) или 99,995% (H14). Изготавливаются из стекловолокна, работают за счет инерционного захвата, перехвата частиц, диффузии и электростатического эффекта. Обычно служат до 3-х лет.

3.2. ULPA-фильтры Обеспечивают эффективность до 99,99995% (U17) что позволяет использовать их даже в производстве полупроводников. При производстве используются специальные мембраны которые проходят регламентированные тесты по строгим правилам. Срок их службы составляет — около 1-2 лет.

3.3. Процедура тестирования Включает определение MPPS, проверку эффективности, тесты на утечки и герметичность. Применяются аэрозольные составы и счетчики частиц. Каждый фильтр получает сертификат.

4. Специализированные воздушные фильтры

Существует два основных типа воздушных фильтров: фильтры для твердых частиц и фильтры для газообразных веществ. Оба типа имеют одну и ту же цель — снизить концентрацию частиц в воздухе. Газообразные частицы можно удалять с помощью адсорбции. Для объяснения этого необходимо рассмотреть законы физики.

Газообразные частицы

Адсорбция осуществляется за счет так называемых «сил Лондона» или «сил Ван дер Ваальса», которые действуют между молекулами. Эти электромагнитные силы имеют свойства, аналогичные силам гравитации, действующим между планетами в солнечной системе.
Фильтры содержат активированный уголь, который способен удалять частицы из воздуха простым их адсорбированием. Различные фильтры могут использовать разные виды угля, в зависимости от конкретной области применения.

Твердые частицы

Существует четыре способа задержки частиц. Каждый тип частицы имеет уникальный способ перемещения в воздухе. Они также могут по-разному реагировать друг на друга или на тип фильтра, с которым сталкиваются. Величина этих эффектов определяется сочетанием размера частицы, класса фильтра и конструкции фильтра. Воздушные фильтры могут использовать:

• Ситообразный эффект
• Эффект инерционной массы
• Эффект перехвата
• Эффект диффузии

ЧЕТЫРЕ СПОСОБА ЗАДЕРЖАНИЯ ЧАСТИЦ

Эффект сита

Эффект сита — один из наиболее часто используемых в воздушных фильтрах. Принцип действия эффекта ситового фильтра очень прост: частица больше зазора между волокнами фильтрующего материала и, следовательно, задерживается.

Эффект инерционной массы

Этот принцип фильтрации применяется, когда частицы обладают значительной массой. Частица достигает фильтрующего материала на высокой скорости. Благодаря своей массе, частица сталкивается с волокном фильтра, а не отклоняется вместе с воздушным потоком.

Эффект перехвата

Тот факт, что частицы притягивают друг друга, является важным для этого принципа фильтрации. Более крупные волокна фильтрующего материала притягивают относительно мелкие пылевые частицы. После перехвата частицы остаются застрявшими между волокнами фильтра.

Эффект диффузии

Особенно мелкие частицы часто движутся по неправильному пути. Этот феномен называется броуновским движением. Траектория, по которой движутся частицы, может отклоняться от направления воздушного потока. Броуновское движение увеличивает вероятность столкновения частицы с волокнами фильтрующего материала.

Масштаб эффектов определяется сочетанием размера частицы, класса фильтра и конструкции фильтра.

4.1. Угольные фильтры 

Нейтрализуют газы и запахи за счет адсорбента на основе активированного угля. Они не задерживают твердые частицы, поэтому обычно используют их в комбинации с механическими фильтрами. Срок службы — 3-6 месяцев.

4.2. Электростатические фильтры Используют электрический заряд для захвата частиц. Могут быть электретными или с электростатическими осадителями. Обладают низким сопротивлением и низким энергопотреблением оборудования, но, со временем, их эффективность может снижаться и образовываться озон.

4.3. Молекулярные фильтры Используются для фильтрации от определенных газов с помощью химических реакций называемой хемосорбенцией. Применяются для удаления аммиака, SO₂, NOₓ, H₂S и других веществ. Эффективность данных фильтров достигает 90-99%, а срок их службы доходит до 6-12 месяцев.

4.4. Биологические фильтры Защищают от микроорганизмов — бактерий, вирусов, спор плесени. Являются механическими фильтрами с антимикробным покрытие. Дополнительно могут идти с УФ-облученим. Эффективность достигает 99,99999%. Срок службы — 3-6 месяцев.

5. Требования к установке и обслуживанию 

Правильная установка и регулярное обслуживание важны для производительности:

1. Поддержание герметичности
2. Соблюдение направления воздушного потока
3. Влагозащита
4. Контроль перепада статического давления
5. Регулярная осмотр и смена фильтрующих элементов, в особенности HEPA и ULPA фильтров и их герметичности.

6. Заключение 

Правильный подбор, монтаж и обслуживание воздушных фильтров — залог высокого качества воздуха и заявленного срока службы вентиляционного оборудования. Современные стандарты позволяют точно определить требования и подобрать подходящий вариант для достижения поставленной цели. В критичных случаях необходимо регулярно подтверждать эффективность системы.

Данная статья носит ознакомительный характер. Для конкретных проектов рекомендуется консультироваться с профессиональными инженерами и использовать актуальные стандарты.

Группа фильтров	Класс фильтрации (очистки)			Эффективность очистки, %				Конечный перепад давления при испытаниях, Па	Тип фильтров	Класс чистого помещения**
	DIN	ГОСТ Р ЕН 1822-1-2010	ГОСТ Р ЕН 779-2014 (EN 779:2012*)	ГОСТ Р ЕН 1822-1-2010	ГОСТ Р ЕН 779-2014
				Mpps	Am	Em	Min эффек-ть* для частиц 0,4 мкм, %
Грубой очистки	EU1		G1		50≤Am<65			250	ФВП ФВПМет ФВКас ФВК
	EU2		G2		65≤Am<80
	EU3		G3		80≤Am<90
	EU4		G4		90≤Am
Средней очистки	EU5		M5 (F5)			40≤Em<60		450	ФВК ФВКом ФВКом-W ФВКом-W-GT
	EU6		M6 (F6)			60≤Em<80
Тонкой очистки	EU7		F7			80≤Em<90	35
	EU8		F8			90≤Em<95	55
	EU9		F9			95≤Em	70
Повышенной эффективности (EPA)		E10		85				600	ФВА-I ФВА-II ФВА-НС ФВА-ТМ-HOOD	9ИСО
		E11		95						8ИСО
		E12		99,5						7ИСО
Высокой эффективности (HEPA)		H13		99,95						6ИСО
		H14		99,995						5ИСО
Сверхвысокой эффективности (ULPA)		U15		99,9995					ФВА-I ФВА-II	4ИСО
		U16		99,99995						3ИСО
		U17		99,999995						2ИСО

Mpps — эффективность фильтров по счетной концентрации наиболее проникающих частиц
Am — средняя пылезадерживающая способность Am по синтетической пыли, %
Em — средняя эффективность Em для частиц с размером 0,4мкм, %

* Минимальная эффективность — это наименьшая эффективность из начальной эффективности, эффективности разряженного фильтра и наименьшей эффективности, полученной при проведении испытания
** Классы чистых помещений по ГОСТ ИСО 146441